于洋

(撫順市第一中等職業(yè)技術(shù)專業(yè)學(xué)校，遼寧撫順，113001)

1 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題

1.1 經(jīng)費(fèi)投入不足

經(jīng)費(fèi)不足是制約實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。首先，經(jīng)費(fèi)的缺乏就導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)施及場地?zé)o法滿足需求；其次是由于計(jì)算機(jī)設(shè)備技術(shù)的更新?lián)Q代速度極快，設(shè)備更新不及時(shí)，隨著使用時(shí)間的增加，系統(tǒng)的運(yùn)行速度越慢；另外，由于維護(hù)人員有限，而教學(xué)壓力又逐漸增加，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的維護(hù)工作難以到位，部分設(shè)備損壞嚴(yán)重。造成這一情況的主要原因有二：其一是缺乏固定的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)投入機(jī)制，缺乏長遠(yuǎn)的規(guī)劃；另一方面，經(jīng)費(fèi)的主要來源為院校自籌，較為單一，缺乏多渠道的資金籌措的能力。

1.2 實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間及內(nèi)容具有局限性

對(duì)于大部分的高校，其計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的開放時(shí)間多為根據(jù)教師的使用需求臨時(shí)開放，時(shí)間一般與課堂時(shí)間相近，一個(gè)小時(shí)左右。在這種限制下，學(xué)生更多的處于一種被動(dòng)式的接收學(xué)習(xí)的狀態(tài)，不利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)的興趣，甚至?xí)a(chǎn)生敷衍的情緒。同時(shí)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容一般都依附于課堂的常規(guī)化教學(xué)，缺乏交叉性和綜合性，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程仍被束縛在既定的框架之下，這在一定程度上不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的提高。

1.3 管理方式落后

部分計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室仍然采用傳統(tǒng)的分散式的管理模式，而對(duì)于不同的實(shí)驗(yàn)室、不同軟件要求的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，管理人員需要對(duì)其進(jìn)行不同的軟硬件維護(hù)工作，由于工作量巨大，往往不能做到及時(shí)的維護(hù)，同時(shí)部分管理人員的專業(yè)能力不足，對(duì)設(shè)備的了解程度不夠，導(dǎo)致故障率偏高，對(duì)教學(xué)造成較大的影響。部分學(xué)生也存在違規(guī)使用移動(dòng)儲(chǔ)存設(shè)備來下載音樂、電影、上傳作業(yè)等，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)中病毒的概率提高。

1.4 總體規(guī)劃落后，綜合利用率低

部分高校在規(guī)劃建設(shè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，由于缺乏協(xié)調(diào)性和全局性，導(dǎo)致了計(jì)算機(jī)資源的閑置浪費(fèi)。例如，部分實(shí)驗(yàn)室配備了性能較優(yōu)的計(jì)算機(jī)用于專業(yè)性的實(shí)驗(yàn)，但由于專業(yè)設(shè)備的數(shù)量不多，難以滿足其他通識(shí)課程的設(shè)備數(shù)量需求，就導(dǎo)致這部分計(jì)算機(jī)的綜合使用率較低，而其他實(shí)驗(yàn)室則超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)一步加劇設(shè)備的老化。

2 實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概述

實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)，簡稱LIMS，是以計(jì)算機(jī)的硬件以及相關(guān)的軟件為核心部件，用于實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)及信息的收集與分析，集成了數(shù)據(jù)通信、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)管理三大模塊的綜合性集成系統(tǒng)。以實(shí)驗(yàn)室為中心，結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，基于結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況（環(huán)境、人員、功能等）將設(shè)備、文獻(xiàn)資料、課程安排等的有機(jī)統(tǒng)一是LIMS的工作原理及內(nèi)容。LIMS是實(shí)驗(yàn)室與、教學(xué)平臺(tái)、學(xué)習(xí)平臺(tái)的重要連接紐帶。

按照功能性原理劃分，LIMS可以分為兩類：其一是數(shù)據(jù)依附管理類，其二是全面管理類。前者主要用于一般性的數(shù)據(jù)采集、處理、輸送等基本功能，這些功能已經(jīng)能夠滿足大部分實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的需求，同時(shí)其設(shè)計(jì)難度較小，成本也較低，因此應(yīng)用更為廣泛。后者除了包含基礎(chǔ)功能外，還增加了固定資產(chǎn)管理、材料資源管理等模塊，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，功能更為完善，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的綜合管理，但其投資巨大，構(gòu)建困難，國內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用還不多。

自上世紀(jì)八十年代開始，LIMS技術(shù)就逐步被引入到實(shí)驗(yàn)室管理中。最初，其為基于PC的處理技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，因此操作難度較大，同時(shí)無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷革新，基于C/S架構(gòu)以及Windows操作系統(tǒng)的系統(tǒng)被廣泛采納，同時(shí)也引入了SQL網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，極大的提升了LIMS的數(shù)據(jù)處理能力。到了二十世紀(jì)，在現(xiàn)代化教學(xué)概念的需求下，對(duì)LIMS的要求也越來越高，要求其具備全方位的功能，最終開發(fā)出了以新型SISC、LIMS為代表的實(shí)驗(yàn)信息管理系統(tǒng)。

3 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

3.1 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

3.1.1 模塊化

模塊化對(duì)于實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，其可分為三個(gè)層次，包括系統(tǒng)、數(shù)據(jù)以及管理系統(tǒng)的模塊化。通過模塊化的設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步提高管理系統(tǒng)的合理性、科學(xué)性和維護(hù)性，有助于系統(tǒng)的控制及更新。此外，還可以使實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)具有更加清晰的功能管理模塊，便于用戶的資源查找以及數(shù)據(jù)識(shí)別。

3.1.2 低耦合

低耦合也是實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可忽視的一個(gè)原則，需要構(gòu)建系統(tǒng)之間，系統(tǒng)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)度，又必須盡可能地降低，從而在保持系統(tǒng)聯(lián)系的同時(shí)實(shí)現(xiàn)一定程度上的系統(tǒng)獨(dú)立，從而將系統(tǒng)之間的影響降至最低，防止因一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)異常導(dǎo)致整體出現(xiàn)異常的情況。

3.1.3 高內(nèi)聚

高內(nèi)聚的原則主要針對(duì)操作系統(tǒng)的管理問題，通過高內(nèi)聚，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的統(tǒng)一性，從而有助于系統(tǒng)的高效管理和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定儲(chǔ)存。

3.2 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求分析

用戶的需求是系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的關(guān)鍵所在，要想設(shè)計(jì)好一個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，就必須了解高校實(shí)驗(yàn)室管理的現(xiàn)狀和需求。

（1）登錄功能：需要登陸實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的用戶角色可以分為管理員、教師、學(xué)生這三大類，每個(gè)類別的權(quán)限都不相同，對(duì)于管理員需要用于用戶名單管理、系統(tǒng)參數(shù)維護(hù)等的權(quán)限；教師需要有實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排以及查看學(xué)生狀態(tài)的權(quán)限；學(xué)生則需要有查看實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、下載資料、提交作業(yè)等權(quán)限。

（2）排課功能：實(shí)驗(yàn)室排課是一個(gè)系統(tǒng)性的工作，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)含有邏輯性的系統(tǒng)排課方案，從而做到高效高質(zhì)量的排課。

（3）實(shí)驗(yàn)室信息維護(hù)功能：由于系統(tǒng)的管理范圍廣，管理信息量大，因此必須基于管理員的功能將這些資源進(jìn)行整理，從而有效調(diào)整信息；

（4）實(shí)驗(yàn)評(píng)分功能：不同課程、不同教師情況下實(shí)驗(yàn)課程的效果均不盡相同，因此需要設(shè)定一個(gè)科學(xué)的考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)，在同一個(gè)維度下評(píng)分，從而便于學(xué)生選擇合適的實(shí)驗(yàn)課，同時(shí)，也可以增加建議模塊，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。對(duì)于教師的評(píng)分亦是如此。

（5）隊(duì)伍建設(shè)管理功能：教師的工作任務(wù)各有不同且任務(wù)繁多，因此也需要進(jìn)行系統(tǒng)性的歸納和管理。若有教師請(qǐng)假，就可以及時(shí)調(diào)整課程安排，以避免臨時(shí)操作的不便性。

3.3 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊化設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)需要包含四個(gè)模塊，包括用戶模塊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模塊以及輔助功能模塊，其規(guī)劃圖如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)是相互依存，相互聯(lián)系的，其運(yùn)行由管理員維護(hù)，不同的模塊、不同的角色的權(quán)限和功能也不盡相同。

圖1 總體模塊規(guī)劃圖

3.3.1 用戶模塊

用戶模塊的功能主要在于添加用戶。對(duì)于用戶的添加，首先需要確認(rèn)用戶的角色，再編輯用戶名、用戶編號(hào)、用戶密碼，然后確認(rèn)密碼，最后提交即可。若成功添加，則顯示“添加成功“，否則為“添加失敗”。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

該模塊是計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的核心，包含了六個(gè)模塊，如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

（1）教務(wù)管理模塊的設(shè)計(jì)依據(jù)為實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)任務(wù)安排，然后根據(jù)安排制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、項(xiàng)目以及課程大綱，然后自動(dòng)生成教學(xué)任務(wù)書，并根據(jù)課程的安排，對(duì)復(fù)合條件的學(xué)生進(jìn)行篩選，為每批次學(xué)生選擇合適的實(shí)驗(yàn)教師。該模塊還默認(rèn)實(shí)驗(yàn)室教師必須為所述院系的專業(yè)課教師，以滿足學(xué)生的需求。

（2）實(shí)驗(yàn)室教學(xué)研究在一定程度上可以合并至教務(wù)管理中，除了完成實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、項(xiàng)目以及大綱的指定外，還需要完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增設(shè)的工作。

（3）實(shí)驗(yàn)室管理過程需要囊括實(shí)驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)、項(xiàng)目、耗材情況、過程記錄等功能。該模塊的工作是由管理員完成，管理員在收到教務(wù)處的指令后，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程并進(jìn)行紀(jì)錄指導(dǎo)，最后對(duì)耗材情況、學(xué)生成績等信息進(jìn)行登記。

（4）課表安排需要做到直觀簡介，任課老師可以在系統(tǒng)上導(dǎo)出精準(zhǔn)的課表，學(xué)生也可以通過系統(tǒng)查詢課程的安排情況。

（5）在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上必須增加在線答疑模塊，便于學(xué)生與教師的交流。答疑模塊可分為公共平臺(tái)和個(gè)人平臺(tái)，公共平臺(tái)面向所有教師和學(xué)生，可以最高效的解決問題，而個(gè)人平臺(tái)則預(yù)留了個(gè)人詢問的模塊。

（6）開放式選課用于選修課的選擇，學(xué)生可以依照個(gè)人興趣自行選擇課程，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.3.3 實(shí)驗(yàn)室管理模塊

實(shí)驗(yàn)室管理是實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和運(yùn)營的重要部分，可分為三個(gè)模塊，如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)室管理模塊

（1）基本信息主要包括實(shí)驗(yàn)室的配置、布局、大小等信息，通過這個(gè)子模塊，可以索引所有實(shí)驗(yàn)室的詳細(xì)形象。而基本數(shù)據(jù)是指各院系的數(shù)據(jù)，包括學(xué)生數(shù)據(jù)、專業(yè)課程數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)可從教務(wù)處直接導(dǎo)入，省卻了信息錄入的難點(diǎn)，也提高信息變動(dòng)的同步性。

（2）管理機(jī)構(gòu)子模塊主要是用于記錄實(shí)驗(yàn)室的信息，用作實(shí)驗(yàn)室的等級(jí)評(píng)估使用。規(guī)章制度則是將學(xué)校的規(guī)章制度進(jìn)行錄入，并提供索引。

（3）在從教務(wù)系統(tǒng)導(dǎo)入學(xué)生的信息后，將可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行分班或分組處理，在完成學(xué)分考核以及學(xué)分要求后，自動(dòng)升級(jí)。獎(jiǎng)懲信息主要用于實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度的履行，對(duì)象既可以是個(gè)人，也可以是團(tuán)隊(duì)，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)更新各實(shí)驗(yàn)室以及個(gè)人的獎(jiǎng)懲情況。

3.3.4 輔助功能模塊

輔助功能模塊包含常規(guī)辦公化、實(shí)驗(yàn)室評(píng)估以及系統(tǒng)維護(hù)這三個(gè)子模塊。常規(guī)化辦公主要指實(shí)驗(yàn)室人員的日常工作，如系統(tǒng)的維護(hù)、系統(tǒng)資源的管理、系統(tǒng)評(píng)價(jià)等。而實(shí)驗(yàn)室評(píng)估就包括了評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的制定、評(píng)估主題的制定以及實(shí)驗(yàn)室自評(píng)這三個(gè)子模塊。而系統(tǒng)維護(hù)需要包括用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)上報(bào)、參數(shù)維護(hù)這三項(xiàng)功能。

3.4 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

作為軟件開發(fā)的核心要素，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)質(zhì)量是系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)鍵，是高質(zhì)量應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前，多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)室采用集中式的數(shù)據(jù)模式，將所有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存咋一臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器上，通過局域網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理，當(dāng)有多人同時(shí)訪問時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)壓力的增加，不利于進(jìn)行多層次的管理需求。因此，可以基于Web服務(wù)器直接多節(jié)點(diǎn)的訪問和儲(chǔ)存，其工作模型如圖4所示。其中應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)訪問功能；中間層完成實(shí)際操作；基礎(chǔ)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)的交互；物理層則可以對(duì)儲(chǔ)存器的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。通過這四個(gè)層次，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體需求。

圖4 Web服務(wù)器工作結(jié)構(gòu)模型

數(shù)據(jù)采集是計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，因此，必須數(shù)據(jù)的采集模塊進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注?；贑SS和Java實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集，并利用采集端的數(shù)據(jù)處理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合。數(shù)據(jù)資源在進(jìn)行分類篩選后，就會(huì)被轉(zhuǎn)化成動(dòng)態(tài)配置的狀態(tài)，然后由系統(tǒng)進(jìn)行資源配置，最終完成計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3.5 應(yīng)用研究

選擇某高校實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)室內(nèi)，操作系統(tǒng)均選為Windows 10，實(shí)驗(yàn)組采用本文設(shè)計(jì)的管理系統(tǒng)，對(duì)照組使用傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)，使用管理者、教師以及學(xué)生身份各操作3次，對(duì)比項(xiàng)目為系統(tǒng)的管理效率，以管理效率來衡量系統(tǒng)的管理能力，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 管理效率對(duì)比

由表1可知，實(shí)驗(yàn)組的效率顯著高于對(duì)照組，因此，可以判定本系統(tǒng)的管理能力高于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，具有較高的推廣性。

4 結(jié)語

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)現(xiàn)代化教育的革新，而計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是現(xiàn)代化教育的重要一環(huán)，必須對(duì)其進(jìn)行革新，提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和效率。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在SOA的設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，應(yīng)用了Web服務(wù)器的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了新型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)河開發(fā)，對(duì)于提高管理人員的工作效率，提高實(shí)驗(yàn)室的資源拓展性，整合校園網(wǎng)絡(luò)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。